文摘
内嗅皮层(EC)中扮演着关键角色作为网关连接大脑皮层和海马结构。层二世EC产生穿甲弹通路,海马的兴奋性输入的主要来源,和第四层接收主要海马传出投影。欧共体在阿尔茨海默病(AD)影响严重,可能导致记忆障碍。我们应用stereological神经元计数原理来确定神经元损失发生在早期阶段的电子商务广告。我们研究了20人死亡临床痴呆评定(CDR)得分为0(认知正常),0.5(非常轻微),1(轻度)或3(严重认知障碍)。Lamina-specific神经元数量进行部分代表整个欧共体。个体在认知正常(CDR = 0),有∼650000个神经元层II, 100万个神经元在第四层,700万个神经元在整个电子商务。神经元的数量保持不变在60到90岁之间。最温和的组织病变临床痴呆(CDR = 0.5),他们有足够的神经原纤维缠结(非功能性测试)和神经病理学的诊断AD的老年斑,EC神经元比控制少了32%。减少单个叶片更大,第二层的神经元数量减少了60%和40%,控制在第四层。 In the severe dementia cases (CDR = 3), the number of neurons in layer II decreased by ∼90%, and the number of neurons in layer IV decreased by ∼70% compared with controls. Neuronal number in AD was inversely proportional to NFT formation and neuritic plaques, but was not related significantly to diffuse plaques or to total plaques. These results support the conclusion that a marked decrement of layer II neurons distinguishes even very mild AD from nondemented aging.
区分阿尔茨海默病(AD)和正常的老化是一个反复出现的疾病分类学的和诊断问题(Drachman 1983;伯格,1988;莫里斯et al ., 1991)。从临床的角度来看,认为轻微失忆是一种常见的伴随衰老的提出了一个理论模型,即广告和衰老躺在一个连续谱(Bartus et al ., 1982;Brayne和卡罗威,1988)。根据这一观点,广告是夸大的老化而不是一个真正的“疾病”(Drachman 1994)。
争议也存在是否老化和广告代表神经病理学连续或二分(特里et al ., 1981,1987;科尔曼和洪水,1987年;西方et al ., 1994)。神经原纤维缠结(非功能性测试)和老年斑(SPs),这两个广告的首席神经病理特点,据报道,经常发生老化的大脑(汤姆林森et al ., 1968;达扬1970;球,1977;Arriagada et al ., 1992 a;布拉绸,1993)。非功能性测试几乎是普遍在海马结构nondemented个人∼60岁以上的年,和随着年龄的增加数量(价格et al ., 1991;Arriagada et al ., 1992 a;价格,1993)。众多SPs也可能出现在许多nondemented个人(Delaere et al ., 1990)。非功能性测试和SPs的分布在不同的大脑区域在老年人中匹配的模式分层漏洞出现在广告和唐氏综合症(曼et al ., 1987;阿诺德et al ., 1991;价格et al ., 1991;Arriagada et al ., 1992 a,b;霍夫et al ., 1995;海曼et al ., 1995)。这些观察的基础上,认为只有定量差异从健康的老化和单独的广告,因此,广告可能代表一个加速老化的过程。
另一种观点是,广告和正常的衰老不是一个连续体,但从临床和病理的角度两个分化良好型的过程。最困难和最关键的问题之一在这个问题是正常的临床测定有别于发生前症状非常轻微,甚至疾病。最近的研究表明,在真正健康的衰老,智力表现仍然没有随着时间的推移,而持续下降甚至适度的比例可能代表一个病态的条件而不是代表良性衰老(罗斯,1986;莫里斯和缩绒,1988年;莫里斯et al ., 1991,1996年;林恩et al ., 1995)。第二的观点意味着一行界定基于定性差异区分广告从健康老化的病理条件。
为了区分这两种可能性,我们比较量化个人已知的神经病理学特征认知正常死亡之前,患者早期临床检测阿尔茨海默型痴呆的迹象,和个人的广告。我们使用基于stereologically细胞计数技术的结构完整性评估内嗅皮层(EC)。欧共体被选中,因为它是高度选择性的脆弱在广告(海曼et al ., 1984,1986年;阿诺德et al ., 1991;Braak Braak, 1991;价格et al ., 1991;Arriagada et al ., 1992 a;Fukutani et al ., 1995;Solodkin和Van Hoesen, 1996年)。此外,第四层二世和欧共体最早影响的地区与缠结在唐氏综合症和正常老化(曼和Esiri, 1989;价格et al ., 1991;Arriagada et al ., 1992 b;海曼et al ., 1995)。欧共体在关键路径在于神经系统相关的记忆;它接收传入的广泛联系和边缘地区,项目海马齿状回的形成,从海马体,接收传入并将传入发送回协会皮层(Rosene和Van Hoesen, 1987年;Zola-Morgan et al ., 1994)。电子商务及相关结构的损伤与记忆障碍(伦纳德et al ., 1995)。因为记忆障碍经常是最早症状的广告,我们推断,神经病理变化和神经损失在EC可能导致记忆障碍非常温和的广告阶段。
材料和方法
我们执行欧共体神经元数量从20个人的认知状态之前死亡。从这些病例的临床和神经病理学观察发表之前(莫里斯et al ., 1991,1996年;价格et al ., 1991;Berg et al ., 1993;麦基尔? et al ., 1993;价格,1993)。所有病例进行临床记忆和衰老项目的华盛顿大学阿尔茨海默病研究中心(ADRC)。
20日的9 (2 CDR = 0, 3 CDR = 0.5, 4 CDR = 3)是一个纵向研究的一部分,经历了入学手续,包括验证内含和排除标准诊断阿尔茨海默型痴呆(Berg et al ., 1982;莫里斯et al ., 1988根据华盛顿大学)和评估认知状态临床痴呆评定(CDR) (莫里斯,1993)。对照组符合所有排除标准但没有精神错乱。招聘、输入特性以及评估方法一直在前面描述的(Berg et al ., 1982)。总之,受试者招募从圣路易斯大都会社区和检查由经验丰富的医生在入口和∼12到18个月的时间间隔。9例,七1年内进行评估的评估他们的死亡,一个是2年之前死亡。第9例(额定CDR = 0)评估6.4岁之前死亡;在这种情况下,一个广泛的回顾采访亲人的死后不久被用来确认CDR。值得注意的是,这两个CDR = 0人最古老的研究中,年龄在80年和89年。在三四个病例的CDR分数= 0.5,有轻微的初始检查临床医生和审稿人之间的分歧;这些案件被评为CDR = 0/0.5表示“可疑”痴呆。这些情况下被视为CDR = 0.5,因为临床评价提出的问题“非常轻微”痴呆。
标准化的临床评估包括半结构式访谈主题和抵押品的来源(通常是配偶或其他近亲属)和几个简短的认知量表,包括祝福的间接来源的痴呆量表(祝福et al ., 1968),失语症电池(Faber-Langendoen et al ., 1988)和短便携式精神状态问卷(普费弗,1975)。抑郁症的症状在主题征集通过自我报告和抵押品的来源在每次的评估(Knesevich et al ., 1983)。评估协议为临床医生提供了足够的信息来确定痴呆的存在,当礼物,阶段根据CDR痴呆严重程度,0表示没有得分的认知障碍和得分为0.5分,1、2、或3表示非常温和,轻度、中度或严重痴呆(休斯et al ., 1982;莫里斯,1993)。CDR是一个全球性的痴呆严重程度和得分仅在临床心理性能无关的信息。功能下降的抵押品线人报道的主题的表现通常的活动可以显示准确的广告在CDR 0.5阶段的最早症状(莫里斯,1991)。条目和每2年之后,抵押品和主题的采访部分评估被录像供评审另一个临床医生提供了一个第二CDR得分。
其余11例(8 CDR = 0, 1 CDR = 0.5, 1 CDR = 1, 1 CDR = 3)进行尸检。死前他们的认知地位成立一个结构化的回顾性间接痴呆(RCD)近亲的采访中,管理由记忆和衰老项目医生通过电话。这次采访中使用类似于间接访谈premortem评估和验证,允许CDR得分与可靠性分配(戴维斯et al ., 1991)。所有CDR神经病理考试前做出决定。
从临床评估,20主题包含在本研究被分为两组。广告组包含10个临床痴呆个人CDR = 0.5到3级(平均年龄±SD = 84.2±9.9年;范围,67 - 95年)。他们都有一个后续的神经病理诊断明确的广告(Khachaturian 1985;Mirra et al ., 1991)。对照组由10个人被评为CDR = 0,因此被认为是认知正常(平均年龄±SD = 75±9年;范围60 - 89年)。尽管一些在这些病例中有一些非功能性测试在欧共体或分散SPs,没有人见过广告通过神经病理检查标准(Khachaturian 1985;Mirra et al ., 1991)。
大脑被沉浸在固定死后36小时内缓冲10%福尔马林切片前2周冠状平面上每隔1厘米。神经病理诊断、组织块选择从左侧大脑半球的标准化的地区。嵌入在石蜡组织块,切片在6μm,与电池的常规染色和免疫组织化学染色(麦基尔? et al ., 1993;Mirra et al ., 1994;莫里斯et al ., 1996)。盲数的总扩散、神经炎的空心midfrontal SPs和非功能性测试,颞顶叶小叶皮层,,在海马CA1区,在欧盟,使用修改Bielschowsky银方法(Berg et al ., 1993;麦基尔? et al ., 1993)。
神经元计数和其他研究的目的,大块(∼3×5厘米)被从右侧大脑半球的连续切片。块包括腹侧眶皮层的大脑的一半,吻侧,通过基底前脑,杏仁核,和脑岛,包括整个海马结构和相邻颞皮层,尾。块浸泡在冷冻溶液(30%蔗糖、10%甘油)序列分组在50岁μm冷冻切片机。所有部分,包括一个完整的系列通过海马体和EC,收集和分成一系列1在22个。相邻系列使用尼氏小和Bielschowsky方法染色和免疫组织化学抗体配对螺旋丝(价格et al ., 1991)。
欧共体内的神经元数,这个皮质区域的边界标记在Nissl-stained部分通过其完整rostro-caudal程度。欧共体的描述阿马拉尔和Insausti (1990)是用来定义EC的内侧和外侧边界。没有试图确定电子商务细分。后系统随机方案和基于stereological无偏技术,五50-μm-thick部分被选中,在等距的间隔(3毫米)沿整个长度的EC在每个大脑(甘德森1992;西方,1993)。整个电子商务的体积(参考卷)在每个大脑估计根据Cavalieri的原则(Cavalieri 1966),使用Bioquant图像分析系统(TN)纳什维尔,允许层的描述在每个部分。以确保无偏估计,第一部分飞机被随机放置在第一间隔长度(西方和甘德森,1990年)。在每一个部分,系统随机抽样方案应用于神经元计数。神经元的数量在整个电子商务和它的每个薄片估计利用∼1500光学解剖器在每种情况下。每个光学解剖器是一个50×100微米与扩展排斥线抽样框。这个密集抽样是必要的,以获得一个适当的表示的每一层,因为EC的层流密度明显不同。使用100×油浸物镜,神经元有明显的核仁被数如果他们没有出现在最初的关注面但来到焦点光学平面穿过组织。介绍了这些技术的其他地方(详细描述西方和甘德森,1990年)。抽样方案选择的合理性评估,计算的精度估计在每个个体表示为误差系数(CE)如前所述(西方和甘德森,1990年)。在所有情况下,CE < 0.06,表明最小方差的计算量的技术。总数的估计是由神经元层的体积密度乘以层的体积。所有项都由一个考官(星期五)没有知识的年龄,性别或neuropathogical被分析物质的状态。
非功能性测试和SPs映射应用或Bielschowsky-stained 50μm冻结部分借助显微镜数字化仪耦合到一台计算机,如前面描述的(价格et al ., 1991)。电脑地图然后被转移到一个计算机辅助设计程序,并添加了大脑结构的边界。的密度在欧共体内斑块和神经元纤维缠结并作为一个整体被概述EC,然后测量测量面积和计算物品的数量。
(在每一层神经元的数目统计的比较)在控制年龄是线性回归分析。比较神经元数量、密度和体积与控制每一层相比,广告是通过方差分析。神经元数量的比较,非功能性测试密度和SP密度是由排序的情况下和比较等级命令斯皮尔曼等级相关系数,因为非功能性测试和SP计数得到代表级别而不是在整个前后欧共体的程度。差异被认为是重要的如果p< 0.05。
结果
EC神经元数量是不变的认知正常老化
我们首先检查是否改变神经元的数量,随着年龄增长发生在那些被认为是认知正常(CDR = 0)。当神经元的数量在整个电子商务和每个板相比在这个集团(n= 10),观察根据年龄没有明显的统计学差异(表1、2),总数在EC的神经元,神经元密度以及卷,保持稳定第六到第九年(无花果。1)。每层相同的参数估计时,再次分析显示数量的神经元无显著变化,随着年龄增长nondemented组(无花果。2)。
EC的神经元数量大大减少在广告
的总数神经元的平均在整个电子商务在每个板,以及神经元密度和参考卷对应于每个广告组中的CDR类别,如表3和图4所示。观察一个高度显著差异在广告组作为一个整体与nondemented组。神经元的EC的平均总数为3.64±1.51×106在广告和6.91±1.13×106在控制。区别代表总数减少48% EC广告组神经元与控制(p< 0.001)(图3)。广告∼40% EC的体积小于控制(p< 0.001)(图4)。当体积密度比较,只有第二层达到统计学意义,4.4×103和7.3×103神经元/毫米3(p< 0.001)。没有发现显著差异的神经元密度在剩余的层,表明密度不一样敏感的措施识别神经元损失中的神经元数目的估计。
出现在每一层的神经元明显减少广告组(无花果。5)。第二神经元层变化的程度,远远超过在其他层(层二世,72%,p< 0.001;第三层,41%,p< 0.01;第四层,55%,p< 0.001;第五层,第六,40%,p< 0.01)。
神经元数量减少最为明显在第四层二世和在非常温和的广告
控制神经元的数量从68%下降值在CDR = 0.5子群控制的31% CDR = 3组(无花果。6)。相同的神经元损失的严重程度之间的相关性和CDR得分时观察到个别薄片分析了广告的大脑。层二世之后,第四层显示神经元灭绝的最早、率最高。例如,在层二世有647360±143220控制,减少57%至282290±90460个神经元在温和的个人认知恶化(CDR = 0.5,n= 4),进一步减少85130±50260,只有13%的控制,在最严重的情况下(CDR = 3,n= 5)。在第四层,减少了41%的CDR = 0组的神经元数量估计在CDR = 0.5子群,并降低69%在CDR = 3群。其余层在一起(我,第三,V和VI)显示,CDR从控制水平降低25% = 0.5子群和CDR从控制水平下降63% = 3组(无花果。7)。
神经元变化的非功能性测试和斑块形成神经炎的但不是淀粉样蛋白沉积
我们也EC神经元数量相比非功能性测试和SP密度相同的皮质(表5、6)图8代表地图非功能性测试的EC和海马的CA1区代表每个病例CDR类别(CDR = 0、0.5和3)。一般来说,非功能性测试主要在第四层二世和更少的数字三世,V和VI,而SPs更分散,虽然淀粉样斑块往往发生在第三层。之间有显著的负相关神经元的数量和程度的非功能性测试(Z=−2.24,p= 0.02)和神经炎的观察斑块(Z=−2.44,p= 0.01)(无花果。9和10b),但没有明显的相关性被发现之间的这两个参数的数量和总SPs (Z=−0.17,p= 0.86,NS)或弥漫性斑块亚种群在同一地区(Z= 1.72,p= 0.09)(图10一个,c)。
讨论
本研究中所包含的个体高度选择病例。其中一半被仔细评估认知正常受试者,和其他四人有非常轻微的老年痴呆阶段。虽然数量和年龄跨度情况下限制泛化的结果,可以得出以下四个主要结论的数据:(1)有成年人EC∼700万个神经元。没有重大损失的神经元在EC检测在认知正常受试者第六到第九年的生活。相比之下,(2)有一个非常严重的神经在EC即使在非常温和的广告案例在痴呆的临床检测阈值。这种神经元的损失是如此明显,它必须已经开始出现临床症状前。(3)最具戏剧性的神经元丧失选择性目标第四层二世和EC,并联已知的易感性非功能性测试的这些层细胞形成。随着痴呆的临床严重程度的发展,其余层EC也受到影响。(4)神经损失的程度在EC非功能性测试和神经炎的斑块的发生率相似,但不弥散斑没有神经炎的改变。
虽然个体差异在我们的研究中,观察神经元的数量在欧共体,已知的地区之一,容易受到广告的变化,保持稳定在nondemented个人第六至第九个几十年。Falkai et al。(1988)报道类似的结果在控制一群年轻11例。Trillo和冈萨洛(1992)还发现没有明显的神经损失在EC的侧面积17例从35岁到75岁。虽然后面这两个研究使用计算程序和抽样计划与我们的不同,他们的结果是一致的与本系列的资料和支持这样的结论,大量神经元损失并不发生在欧共体在健康老龄化。Lippa et al。(1992)在单部分,使用光学解剖器,显示没有损失在EC 10 nondemented例年龄在42至87年,尽管一个31岁的主题更高的数字和一个97岁的话题较低的数字。第二层损失超过90%在9个AD患者,类似于我们的数据。损失∼75% EC神经元的广告被报道Fukutani et al。(1995)。对比这些数据,Heinsen et al。(1994)报道的与年龄相关的神经元损失26 - 39% EC在22个人在18到86岁之间。目前的结果的明显差异可以部分归因于病例选择程序,可能导致污染的未知的早期广告案例。此外,Heinsen等人只有部分的厚度厚组织学部分计算,可能创造变异归因于不均匀收缩在冰冻切片的染色和安装程序。
基于同一stereological公正的方法在目前的研究中,西方et al。(1994)最近报道在几个海马神经元的数目没有变化分支学科在正常老化,尽管他们做检测齿状门和菌丝层神经元损失。这种模式的损失与损失主要集中在CA1大脑海马区域广告。我们的研究结果和那些西方et al。(1994)强调有选择性的神经脆弱的广告模式,导致记忆障碍:海马的CA1区(西方et al ., 1994)和第四层二世和EC(我们的研究)。神经元的损失并不发生在这些地区在正常老化过程的假设是一致的广告和老化不属于连续光谱,表明正常老化和广告可以从神经病理学的角度分化。
标志着第四层二世和EC改变的临床温和广告强调这些板的相对选择性的脆弱性。似乎这些变化扰乱最近描述了模块化组织的欧共体和,因此,它的贡献与内存相关的神经系统(Solodkin和Van Hoesen, 1996年)。重要的是要注意,非功能性测试在这些临床也轻微的病例发生在海马体的CA1-subiculum,大脑边缘皮层、颞下回,杏仁核和海马旁回后,基底前脑胆碱能、和中缝背,尽管一般来说不那么引人注目的程度比层EC的二世(Arriagada et al ., 1992 a)。神经元损失很可能发生在这些地区,和最终结果的多种病变结构占比正常人的外显记忆功能障碍发生的早期症状的广告(Locascio et al ., 1995)。与EC的标记神经元缺失患者轻度痴呆,然而,我们的最近的研究颞上沟(STS)联合皮质表明STS不接受神经损失,直到很久以后在疾病过程中,当存在更高级的痴呆的临床症状(海曼et al ., 1995)。符合这种情况,初步研究STS的CDR = 0.5病人在这个研究显示没有区别在STS神经元数量与nondemented控制。最终,STS神经元的数量减少∼50%高级广告(海曼et al ., 1995)。
这一事实层二世在欧共体神经元的数量少于一半的人口控制神经元时只有轻微的或可疑的临床症状的广告变得明显支持一个大功能储备与内存相关的神经系统和符合广告的阶段发生前症状。临床研究表明,可能存在细微的认知变化多年前痴呆可以可靠地检测到(林恩et al ., 1995)。很可能在嗅阈值神经元丧失的地区,以及其他与内存相关结构的改变,之前必须达到记忆障碍成为临床检测。另一方面,神经损失层二世很可能是全球最大的时候痴呆等级量表反映中等水平的障碍。EC神经元的这样一个重大损失的概念广告症状出现之前可能类似于观察到神经元损失非常巨大的黑质中锥体外系症状变得明显之前在帕金森病(赫希et al ., 1988)。
神经元损失在整个电子商务伴随着一个平行的减少其体积,指着一个相关的神经纤维网的损失,可能包括突触。绝对突触损失比神经元数量分析更加困难,部分原因是塑料的重正化剩余突触的突触密度和增大概要文件(科尔曼和洪水,1988年;De Kosky和希夫,1990)。然而,有密切相关性突触和synaptophysin疣状和认知恶化(特里et al ., 1991),也许神经损失我们突出导致的突触改变观察海马结构(Hamos et al ., 1989;Cabalka et al ., 1992;撒母耳et al ., 1994)。
除了总神经元EC的估计,我们计算获得的结果当我们只使用一个部分(uncal海马体的水平)。相同的趋势明显,甚至抽样只有一个部分,但是因为这个估计没有考虑到萎缩的前后方向,损失的程度在广告的情况下被低估了。举个例子,如果我们使用的数据只有一个部分,而不是减量32% EC在CDR 0.5情况下,我们只会计算相比,减少了23%的平均10控制。这个结果可能是实际应用的设计基础实验在人类未来的stereologically皮层,鉴于获得串行部分的困难在整个人类大脑结构。
这项研究的结果表明,神经元的数量损失在EC广告大脑神经炎的相似的变化,包括缠绕形成和神经炎的斑块。相比之下,细胞之间没有找到相关损失和淀粉样蛋白沉积在弥漫性斑块或斑块。这些观察结果一致与先前的形态学研究在非功能性测试的其他大脑区域显示很强的相关性与临床症状,但没有那么强势或淀粉样SPs的数量之间的关系和持续时间或严重疾病(价格et al ., 1991;特里et al ., 1991;Arriagada et al ., 1992 a;Berg et al ., 1993;布拉绸et al ., 1993;海曼et al ., 1993;Nagy et al ., 1995;Gomez-Isla et al ., 1996)。这些观察表明,一个简单而直接联系Aβ沉积和神经毒性是不可能的。给混乱的形成和细胞损失之间的关系,让人惊讶的是,乍一看,该细胞损失并不增加年龄的函数,因为有一个年龄增加缠结,没有痴呆(价格,1991;Arriagada et al ., 1992 b;价格,1993)。然而,免疫组织化学染色对非功能性测试做几十个非功能性测试的存在相当明显的皮层区域,而神经元损失必须更实质性的才能被发现。
总之,我们表明,神经元损失并不发生在欧共体在认知正常的老年人,而有选择性的和非常损失的神经元在同一地区即使在最温和的痴呆阶段广告。这个发现支持一个模型广告和正常老化不属于一个连续体,可以分化解剖和临床。强调了需要开发新的诊断测试结果发生前症状预测和非常温和阶段之前的广告大量神经元损失选择人口神经发生,当治疗干预可能是最有效的。
脚注
这项工作被授予AG05134支持部分,AG08487 AG03991, AG05681。我们感谢医生和工作人员的临床阿尔茨海默病研究中心的核心(ADRC)华盛顿大学的学科评估,自抗扰控制器的神经病理学核心后期诊断阿尔茨海默病,伊丽莎白格兰特博士ADRC的生物统计学的核心临床数据分析,和Hieu先生Van Luu组织学制备的部分。
信件应该写给布拉德利·t·海曼神经学服务,沃伦407年,马萨诸塞州总医院,02114年波士顿。首页